CC BY
9
УДК 621.983; 539.374
ОЦЕНКА СИЛОВЫХ ПАРАМЕТРОВ ВЫДАВЛИВАНИЯ КРУПНОГАБАРИТНЫХ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ С ОТВЕРСТИЕМ В ДНЕ ИЗ ВЫСОКОПРОЧНЫХ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ
Выполнено конечно-элементное моделирование процесса выдавливания цилиндрической поковки детали типа «Стакан» с отверстием в дне. По результатам моделирования были полученные результирующие зависимости, позволяющие выявить влияние технологических факторов на силу процесса.
Ключевые слова: обратное выдавливание, трубные заготовки, сила, изотермическое деформирование.
Процессы выдавливания относятся к прогрессивным методам обработки металлов давлением и позволяют значительно сократить расход материалов, повысить качество и эксплуатационные свойства изделий, достичь высокой производительности труда путем использования быстроходных прессов [1-3]. Рассмотрим процесс выдавливания цилиндрической поковки детали типа «Стакан» с отверстием в дне. Предполагается, что поковка изготовлена из алюминиевого сплава АМг6, и имеет следующие соотношения размеров Бвн / Бвнеш = 0,85; Оотв /Бвнеш = 0,67; Н / Б = 1,2. Наружный диаметр детали составляет 300 мм, т.е. деталь весьма габаритна.
Для оценки силовых параметров процесса выдавливания выполним конечно-элементное моделирование процесса. Моделирование процессов штамповки для получения перечисленных изделий и полуфабрикатов под них предполагается проводить в программном комплексе QFORM3D v7. Кривая упрочнения алюминиевого сплава АМг6 представлена на рис. 2. В качестве оборудования выбран гидравлический пресс силой 50МН. Условием окончания расчета является достижения необходимых габаритов изделий и полуфабрикатов.
На рис. 3. представлена графическая зависимость изменения силы обратного выдавливания трубы от радиуса закругления дна матрицы для разных значений коэффициента трения.
Н.А. Шамин, А.С. Астахов, Д.В. Ерошкин
Д
внеш
Рис. 1. Эскиз поковки
О 50 100 150 200 250 300 350 400 450
Т, °с
Рис. 2. Кривая упрочнения сплава АМг6:1 - £ = 0,002; 2 - £ = 0,2; 3 - £ = 0,8
Рис. 3. Графические зависимости изменения силы выдавливания от радиуса закругления дна матрицы: У=10 мм/с; г = 0,9 ; а=10, = 10 мм
Из представленной выше зависимости видно, что с ростом радиуса закругления дна матрицы сила уменьшается на 3...4% для коэффициентов трения 0,1 и 0,4. Для коэффициента трения 0,7 сила практически не меняется. С ростом коэффициента трения сила растет от 0,1 до 0,4 в 1,4 раза. С ростом коэффициента трения с 0,4 до 0,7 сила растет в 1,2 раза.
На рис. 4. представлена графическая зависимость изменения силы обратного выдавливания трубы от радиуса закругления пуансона для разных значений коэффициента трения.
Р,
МН
7
6,5 -5
4,5 4 3,5
3
(1 = 0,1
мм
Рис. 4. Графические зависимости изменения силы выдавливания от радиуса закругления пуансона: У=10 мм/с; г = 0,9; ц=0,3; а=10; Rм = 1 мм
357
Из представленной выше зависимости видно, что с ростом радиуса закругления пуансона сила уменьшается в 1,5 раза для всех коэффициентов трения одинаково.
На рис. 5. представлена графическая зависимость изменения силы обратного выдавливания трубы от относительной толщины стенки поковки для разных темпера-турно-скоростных режимов.
Р, мн
25 20
15 10 5 О
- Холодное деформирование
- Горячее деформирование
Изотермическое деформирование Изотермическое деформирование в режиме кратковременной ползучести
Рис. 5. Графические зависимости изменения силы выдавливания от относительной толщины стенки: У=10 мм/с; ¡1=0,3; а=10; Км = 1 мм;
Яп = 10 мм
Из представленной выше зависимости видно, что с ростом относительной толщины стенки поковки сила уменьшается в 3 раза. Следует отметить, что наибольшая интенсивность падения силы наблюдается в диапазоне толщин 0,05...0,07. Далее падение происходит более плавно. Разные температурно-скоростные режимы так же влияют на силу процесса. Наибольшая разница видна между изотермическим выдавливанием и выдавливанием с изменяющейся температурой внешней среды.
На рис. 6 представлена графическая зависимость изменения силы обратного выдавливания трубы от угла конусности пуансона для разных значений относительной толщины стенки поковки.
Л МН
14 12 10 8 6 4 2 0
10
15
а, градус
5 = 0,05 5- = 0,065
5 =0.1
Рис. 6. Графические зависимости изменения силы выдавливания от угла конусности пуансона: У=10 мм/с; ¡1=0,3; Км = 1 мм; Кп = 10 мм
Из представленной выше зависимости видно, что с ростом угла конусности пуансона с 5 до 11 градусов сила уменьшается на 15 %. При увеличении ростом угла конусности пуансона с 11 до 20 градусов сила растет на 10 %.
На рис. 7 представлена графическая зависимость изменения силы обратного выдавливания трубы от угла конусности пуансона для разных значений относительной толщины стенки поковки.
мн
14 12 10 8 6 4 2 О
5 = ОД 5" = 0.065 5 = 0.05
V, мм/с
Рис. 7. Графические зависимости изменения силы выдавливания
«п
от скорости деформирования: У=10 мм/с; ц=0,3; а=10; Км = 1 мм; Я_п = 10 мм
Из представленного рисунка видно, что с ростом скорости деформирования сила растет в 1,5 раза для поковок с относительными толщинами стенок 0,05 и 0,065. Для поковок с относительной толщиной стенок 0,1 сила растет менее интенсивно, примерно в 1,2 раза.
На основании полученных результатов можно сделать выводы, о том что наиболее наибольшее влияние на силу процесса обратного выдавливания трубных заготовок оказывает относительная толщина стенок получаемой поковки и радиус закругления рабочей кромки пуансона. Остальные величины не так заметно влияют на изменение силы. Следует так же отметить то, что изменение температурно-скоростного режима так же влияет на силу выдавливания. Но из полученных результатов видно, что заметное снижение силы процесса дает использование изотермического формоизменения при низких скоростях деформирования. Этот вопрос требует дополнительных исследований.
Полученные результаты можно использовать в дальнейшем при создании рекомендаций по проектированию технологий изготовления выдавливанием габаритных цилиндрических поковок детали типа «Стакан» с отверстием в дне из алюминиевых сплавов.
Список литературы
1. Яковлев С.П., Чудин В.Н., Яковлев С.С., Соболев Я. А. Изотермическое деформирование высокопрочных анизотропных материалов. М.: Машиностроение, 2003. 427с.
2. Овчинников А.Г. Основы теории штамповки выдавливанием на прессах. М.: Машиностроение, 1983. 200 с.
3. Джонсон В., Кудо Х. Механика процессов выдавливания металлов. М.: Металлургия. 1965. 197 с.
Шамин Никита Андреевич, студент, тр{-Ы1а@,гатЪ1ег.ги, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Астахов Андрей Сергеевич, студент, тр—и1а@,гатЪ1ег.ги, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Ерошкин Даниил Викторович, студент, тр/-Ы1а@,гатЪ1ег. ги, Россия, Тула, Тульский государственный университет
EVAL UA TION OF PO WER PARAMETERS EXTRIB UTING LARGE-SIZE CYLINDRICAL PRODUCTS WITH OPEN DAY FROM HIGH-RESISTANT ALUMINUM ALLOYS
N.A. Shamin, A.S. Astakhov, D. V. Eroshkin
Finite element modeling of the extrusion of a cylindrical forging of a "glass " type part with a hole in the bottom is performed. According to the results of the simulation, the resulting dependencies were obtained, allowing to reveal the influence of technological factors on the process power.
Key words: reverse extrusion, tube blanks, force, isothermal deformation.
Shamin Nikita Andreevich, student, mpf-tula a ramhler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Astahov Andrey Sergeevich, student, mpf-tiila a rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Eroshkin Daniil Viktorovich, student, mpf-tiila a rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.983; 539.374
ОЦЕНКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ИЗОТЕРМИЧЕСКОГО ОБЖИМА ТОЛСТОСТЕННЫХ ТРУБНЫХ ЗАГОТОВОК
Д.В. Ерошкин, А.С. Астахов
Выполнено моделирование процесса обжима габаритных толстостенных трубных заготовок. В процессе моделирования менялись величины коэффициента обжима, относительной высоты обжимаемой части, скорость деформирования, относительная толщина стенки и коэффициент трения. В дальнейшем по результатам анализа полученных результатов было установлено влияние данных параметров на величину силы обжима.
Ключевые слова: изотермический обжим, трубные заготовки, сила, обработка давлением.
Одним из сложных и многообещающих технологических процессов, является продолжительное по времени горячее деформирование заготовок из металлических сплавов в режиме кратковременной ползучести. При разработке технологий изотермического трубных заготовок применяют зависимости из различных справочных источников, в которых не в полной мере учитываются многие параметры процесса. В связи с этим теоретическое обоснование операции изотермического обжима габаритных толстостенных трубных заготовок является перспективным направлением [1-3].
При производстве относительно габаритных осесимметричных цилиндрических тонкостенных изделий с широким основанием и более узкой горловиной используют разные методы. Наиболее перспективным выглядит способ обжима трубных заготовок для получения полуфабриката под последующую мехобработку [1-3].
Для теоретического обоснования изотермического обжима габаритных толстостенных трубных заготовок в современных условиях выглядит конечно-элементный метод решения. В связи с этим для моделирования процесса был выбран программный комплекс QFORM v7. Предполагалось, что деформирование осуществляется на гидравлическом прессе с малыми скоростями. Под эти условия была выбрана специальная
360
